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2.5 理論應力與永久變形之關係

2.5 理論應力與永久變形之關係. 永久變形量 (mm). 理論應力 / 材料強度. 2.6 永久變形和正向力之關係. 2.7 端子反覆耐壓實驗. 2.8 臨界應力設計討論. 以理論方式計算之正向力非常接近實驗值。 永久變形受 FEM 最大應力值影響，也就是應力集中之影響，因此應力集中會造成永久變形。 永久變形量不會造成端子正向力降低，而是端子彈性係數 ( 正向力 / 位移量 ) 增加。 當端子之理論應力值大過材料強度時，其反覆耐壓之次數及無法達到 1 萬次，應力愈高次數愈少，但應力超過最大值之 1.8 倍時尚有 2000 cycles.

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2.5 理論應力與永久變形之關係

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Presentation Transcript

  1. 2.5 理論應力與永久變形之關係 永久變形量 (mm) 理論應力 / 材料強度

  2. 2.6 永久變形和正向力之關係

  3. 2.7 端子反覆耐壓實驗

  4. 2.8 臨界應力設計討論 • 以理論方式計算之正向力非常接近實驗值。 • 永久變形受 FEM 最大應力值影響，也就是應力集中之影響，因此應力集中會造成永久變形。 • 永久變形量不會造成端子正向力降低，而是端子彈性係數(正向力/位移量)增加。 • 當端子之理論應力值大過材料強度時，其反覆耐壓之次數及無法達到1萬次，應力愈高次數愈少，但應力超過最大值之1.8倍時尚有2000 cycles. • 以上測試是在實驗室環境下所測得之案例，若產品設計高出材料強度很高時很容易產生跪針現象。

  5. “”“”“”“”“”“”3.1 保持力設計 • 在連接器 smt 化及小型化的趨勢下，保持力的設計必須非常精準。 • 保持力太大，有兩項缺點： • (1)增加端子插入力，易造成端子變形 • (2)增加housing 內應力，易造成housing 變形。 • 保持力太小，有兩項缺點： • (1)正向力不夠，造成電訊接觸品質不良， • (2)端子易鬆脫

  6. 3.2 保持力設計參數 • 保持力設計參數包括：塑膠選用，端子卡榫設計，干涉量設計。 • SMT type Connectors 必須使用耐高溫的塑膠材料，常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。 • 端子卡榫設計大致分為單邊及雙邊兩類，每一邊又可以單層及雙層或三層。 • 干涉量通常設計在40 mm-130 mm 之間

  7. 3.3 保持力實驗設計

  8. 3.4 卡榫的設計變數 • 卡榫的設計變數包括： • 單邊與雙邊 • 單凸點與雙凸點 • 凸點平面寬度(4,8 mm) • 凸點插入角度(30, 60) • 前後凸點高度差(0.02, 0.04 mm)

  9. 3.5 保持力設計準則 • 塑膠材料的保持力差異性很大，同一種卡榫及干涉量的設計，不同的塑料，保持力會有500 gf 以上的差別。 • 一般而言：nylon的保持力大於LCP，PCT則介於兩者之間，但同樣是LCP，不同廠牌間的差異性非常大，有將近400 gf的差異。 • 干涉量的設計最好介於40 mm-100 mm 之間，因為干涉量小於40 mm ，保持力不穩定，大於100 mm，保持力不會增加，干涉量介於兩者之間，保持力呈线性的方式增加，增加的量隨材料及卡榫設計的差異約在30-120 (gf/10mm)。

  10. 3.5 保持力設計準則 • 凸點平面長度和保持力有很大的關係，長度越長，保持力越大。 • 單邊卡榫較雙邊的保持力大。 • 雙凸點較單凸點的保持力大，但不明顯，可以忽略。 • 凸點前的導角角度與保持力無關。 • 較薄的板片保持力也相對的較低 • 總結而論：由(4,5,8)項結論可知，端子和塑膠接觸面積越大，保持力保持力越大，而且其效非常明顯。 ，

  11. 3.6 保持力設計實例

  12. Zenite 6130L (A3) Sumik E6006L (B3) Vectra L140 (C4) PA 46 TE250F6 (D3) PA 6T C430CN (E3) PCT CG941 (F4) B02 r_F＝42 I－1 r_F＝29 I＋58 r_F＝54 I－89 r_F＝24 I＋349 r_F＝44 I＋12 r_F＝40 I－5 B03 r_F＝27 I＋147 r_F＝35 I＋4 r_F＝40 I＋6 r_F＝47 I＋146 r_F＝53 I－60 r_F＝36 I－31 B22 r_F＝74 I＋222 r_F＝43 I＋196 r_F＝77 I＋270 r_F＝73 I＋646 r_F＝82 I＋391 r_F＝41 I＋416 3.7 保持力線性公式 r_F : 保持力 (gf) I : 干涉量 (10 mm)

  13. 4.0 Contact resistance

  14. 4.1 接觸電阻設計 • 電子連接器接觸電阻設計包括兩部分： • 端子材料電阻 • 接觸端電阻

  15. 4.2 材料電阻計算 L : 端子導電長度 (mm) A : 端子截面積 (mm2) s : 導電率 (%) • 磷青銅(C5191, 5210)的導電率約為13%，黃銅(C2600)導電率約26%，BeCu and C7025 則可達到40%，因此選擇端子材料是降低接觸電阻最有效的方法，可降為原來的1/2-1/3。 • 端子長度及截面積受電子連接器外型及pitch而決定，可變更的範圍受到限制。

  16. 4.3 接觸點電阻 • 正向力在 50-150 gf 之間接觸點電阻值在4-8 m-ohm。 • 正向力小於50 gf, 接觸電阻則快速增加。

  17. 4.4 接觸電阻設計 • 接觸電阻包含端子材料電阻和接觸點電阻兩項和。 • 一般連接器設計使用100gf 的正向力設計，接觸端電阻可設定為 6.5 m-ohm，再加上端子材料電阻即是接觸電阻。 • 高導電率材料選用對降低接觸電阻效果最顯著，增加正向力對降低接觸電阻沒有效果。 • 接觸端的半徑對接觸電阻值沒有顯著影響。 • 高電流連接器設計之重點在降低接觸電阻，降低接觸電阻的主要方法為 1.選擇高導電率的端子材料，2. 增加端子截面積。

  18. 4.5 接觸電阻案例 • 請計算接觸電阻 • 23.2 • 25.5 • 29.8 • 33.3

  19. 5.1 應力釋放設計 • 應力釋放：當材料在受應力及溫度環境下，長時間所造成的正向力下降的現象，稱為應力釋放，通常以原受力的百分比表示。 • 溫度越高，受力時間越長，應力釋放的越大 • 一般規定應力釋放在 3000 hr 以上仍然能維持70%以上的力量才合乎設計的原則。 • 根據以上的規定，可提出一簡單的設計原則：70℃以下可使用C260(黃銅)，70-105℃可使用C510,C521(磷青銅)，105℃以上則須使用C7025, BeCu, TiCu等較貴材料。

  20. 5.2 應力釋放相關資料(1)

  21. 5.2 應力釋放相關資料(1)

  22. 6.1 Temperature rise • 大電流連接器必須考慮溫度上升效應，通常設計在 30℃ 的範圍內，簡單的計算可使用以下之保守公式： T : degree F J : current (amps) L : beam length (in) A : cross section area (in*in) g : electric conductivity (%IACS) k : thermal conductivity (BTU/ft.hr.F)

  23. 6.1 Temperature rise example • 溫升： • 33℃ • 38℃ • 45℃

  24. 7. 端子材料選用

  25. 7 端子材料選用

  26. THANKS! THE END

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